La educación y la cultura que adquiere Catalina será unos de los rasgos más importantes en esta reina que la diferencia de otras de su tiempo. Su educación fue compartida con todas sus hermanas, en el caso de Isabel después de enviudar siguió su educación junto con Juana bajo las directrices de Beatriz Galindo. Hay que hacer notar que Catalina y sus hermanas eran hijas de una de las mayores humanistas, Isabel la católica, esta reina era mecenas de las artes e impulsaba la educación en las mujeres.
La hija de Lebrija, María Pacheco junto con Lucía Medrano también fueron muy importante en la educación de estas niñas. María y la pequeña Catalina en un principio empezaron con el latín y la prosa así como tareas más domésticas como era el bordado. Pero si sus maestras fueron importantes en la educación van a entrar en escena unos personajes muy destacados en el tiempo y que van a ser los verdaderamente relevantes en la educación de la infanta. El cardenal Mendoza junto con el cardenal Cisneros que contaba con un libro de Francesc Eiximenis, “El carro de les dones” .
En su formación aprendió latín, griego, con la ayuda de los hermanos Geraldinis conoció la poesía de los clásicos. También estudió derecho canónico y civil, así como heráldica, historia, equitación y cetrería. Erasmo de Rotterdam y Luís Vives consideraron a Catalina como un milagro de la educación femenina. Finalmente no hemos de olvidar que también aprendió las tareas de una mujer de la época, sabía bordar, coser, tejer, cocinar, baile, música y dibujo.
Una educación que como podemos comprobar es mucho más completa que a la que se suele otorgar a una mujer de la época, puesto que pese al alto rango de la joven Catalina esta formación no solía ser habitual y va a ser una de las condiciones que la resalten y la diferencien de las demás reinas de la época. Una futura reina con bastante cultura y estudios, así como modales.